JP2002134760A - 炭化珪素ショットキダイオードおよびその製造方法 - Google Patents

炭化珪素ショットキダイオードおよびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】マイクロパイプを含む炭化珪素基板を用いた炭
化珪素整流素子において、マイクロパイプの影響を無く
し、大面積の炭化珪素整流素子を歩留まりよく製造す
る。 【解決手段】マイクロパイプ17の表面近傍部分及びその
周辺部に表面層と逆導電型のイオンを注入し、熱処理し
て再結晶領域18を形成する。または、マイクロパイプの
表面露出部を絶縁膜で覆う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭化珪素を素材とす
る半導体ショットキーダイオード、すなわち炭化珪素シ
ョットキーダイオードおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】炭化珪素は、半導体素子の素材としてシリ
コンより優れた点が多く、電力用半導体や高周波半導体
への利用を目指して実用化のための研究が精力的におこ
なわれている。炭化珪素の結晶構造には6H型や4H型があ
り，その単結晶は昇華法によって作製れる。単結晶は通
常（0001）方向に成長させるが、その際、らせん転位の
一種であるマイクロパイプが結晶の成長方向に発生し、
結晶中を貫通する。マイクロパイプは結晶欠陥であり、
削減のための努力はされているが、通常、単結晶１cm2
あたり数個あるのが現状である。炭化珪素半導体装置の
作成には、炭化珪素単結晶基板上に、CVD法により所定
のキャリア濃度のエピタキシャル層を形成することが多
い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板を
貫通するマイクロパイプは、エピタキシャル層中にも伝
搬し、半導体装置の特性に悪影響をおよぼす。例えば、
ショットキダイオードなどの歩留まりを著しく低下させ
る要因の−つとなっている。整流素子の−種であるショ
ットキダイオードの金属−半導体界面にマイクロパイプ
が存在すると、マイクロパイプ及びその周辺部では、正
常なショットキ接合が形成できないため、マイクロパイ
プ及びその周辺部に電流が集中してショットキーダイオ
ード全体の特性を劣化させる。
【０００４】マイクロパイプのない部分を選んでショッ
トキーダイオードを作製することも考えられるが、大面
積化するに従ってマイクロパイプの無い預域を選択する
ことは困難になってくる。通常の単結晶を用いて電極面
積が１mm2 以上ショットキーダイオードを作製しようと
すると、著しく歩留まりが低下してしまう。本発明の目
的は、マイクロパイプの影響を無くした、大面積の炭化
珪素ショットキーダイオード、およびそのような炭化珪
素ショットキーダイオードを、歩留まりよく製造する方
法を提供することことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため本
発明は、炭化珪素半導体基板との界面に整流作用を有す
るショットキー電極と、基板裏面に設けられた金属電極
を有する炭化珪素ショットキーダイオードにおいて、炭
化珪素基板に存在するマイクロパイプの影響を抑制する
手段を有するものとする。
【０００６】例えば、マイクロパイプの表面近傍部分に
イオン注入およびその後のアニールによる再結晶領域を
有するものとする。イオン注入によりイオン注入された
領域は一旦アモルファス状態になるが、その後のアニー
ルにより再結晶化し、マイクロパイプの電気的特性への
影響が抑えられる。
【０００７】特に、再結晶領域を表面層と逆導電型とす
れば、マイクロパイプとショットキー電極とが逆導電型
領域で遮断されるので、特性への影響が一層抑えられ
る。更に、再結晶領域が逆導電型のガートリングと同じ
深さであれば、ガートリングと同時に形成できるので、
工程を増やす必要が無く容易に実行できる。または、マ
イクロパイプの表面露出部を覆う絶縁膜を有してもよ
い。
【０００８】その場合も、絶縁膜によりマイクロパイプ
とショットキー電極とが遮断されるので、マイクロパイ
プの電気的特性への影響が抑えられる。絶縁膜は二酸化
珪素膜であっても酸化窒化珪素膜であっても良い。上記
のような炭化珪素ショットキー素子の製造方法として
は、炭化珪素半導体基板に存在するマイクロパイプの分
布を可視化してそのパターンを記憶しておき、そのパタ
ーンを基にして半導体基板上に形成したマスクをパター
ニングし、マイクロパイプとその近傍に半導体基板と逆
導電型のイオンを注入し、高温熱処理をおこなった後、
ショットキー電極、基板電極を形成するものとする。
【０００９】炭化珪素半導体基板に存在するマイクロパ
イプの分布パターンを記憶しておき、そのパターンを基
にして半導体基板上に形成したマスクをパターニング
し、マイクロパイプとその近傍に半導体基板と逆導電型
のイオンを注入し、高温熱処理すれば、全てのマイクロ
パイプの表面近傍部分に再結晶領域を形成でき、不活性
化できる。
【００１０】また、マイクロパイプの分布パターンを基
にしてその絶縁膜をパターニングして、マイクロパイプ
の表面露出部とその近傍を絶縁膜で覆った後、ショット
キ電ー極、基板電極を形成しても良い。その場合も、全
てのマイクロパイプの表面露出部を絶縁膜で覆ことがで
き、不活性化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】［実施例１］図１は本発明実施例
１の炭化珪素ショットキーダイオード（以下SBDと記
す）の断面図である。4H型の炭化珪素基板（以下SiC 基
板と記す）11上に、ｎ- エビタキシャル層12を成長した
エビタキシャルウェハを使用して製作した、３mm角、電
極面積が３．１４mm2 のSBDである。13はｎ- エビタキ
シャル層12とショットキ接合を形成するニッケル（Ni）
のショットキー電極、14はSiC 基板11の裏面に設けられ
たアルミニウム（Al）のアノード電極、15は酸化膜、17
はマイクロパイプ、16、18はそれぞれほう素イオンの注
入と熱処理で形成されたガードリング、イオン注入領域
である。
【００１２】以下に製造方法を詳しく説明する。4H型で
シリコン面（以下Si面と記す）を（11-20 ）方向に８度
傾けた（この角度をオフアングルという）をSiC 基板11
上に、ｎ- エビタキシャル層12をCVDで成長した直径２
インチのエピタキシャルウェハを使用した。ただし、6H
型でもC面でもあるいはオフアングルの方向や角度が異
なっても本発明の適用には何の影響も及ばさない。
【００１３】SiC 基板11はｎ型でキャリア濃度が１×１
０18cm-3、ｎ- エビタキシャル層12は、厚さ１０μmで
ｎ型、キャリア濃度が１×１０15cm-3である。使用した
エピタキシャルウェハのマイクロパイプの分布を図５に
示す。このようにマイクロパイプは、斜光の当て方によ
り可視化できる。平均で１cm2 当たり約１０個のマイク
ロパイプが見られる。予め、このパターンをレーザ描画
装置に記憶させて置く。
【００１４】ポジタイプのフォトレジストを使ったガー
ドリング16のバターニングの際に、図５のマイクロパイ
プの分布図を記憶装置から呼出し、マイクロパイプを中
心にして直径１５μm の領域をレーザ描画でバターニン
グした。続いて、ほう素を３０〜１８０keV の加速電圧
でボックス状にイオン注入した後、１６００℃で３０分
間のアニールをおこない、深さ約０．５μm のガードリ
ング16とイオン注入領域18とを形成した。
【００１５】１２００℃での熱酸化により、厚さ５０nm
の酸化膜15を形成してパターニングした後、ショットキ
ー電極13としてNi、カソート電極14としてAlをスパッタ
蒸着し、チップ化した。図２（点線−マイクロパイプ不
活性化）は、このようにして作製したSBD の逆方向電流
電圧特性図である。このSBD は元々、ショットキー電極
13の下に２個のマイクロパイプを有していたものであ
る。
【００１６】同図に比較例として、従来の製造方法によ
るマイクロパイプのある部分で作ったSBD （実線−マイ
クロパイプあり）と、マイクロパイプの無い部分で作っ
たSBD （破線−マイクロパイプ無し）との逆方向電流電
圧特性を示した。マイクロパイプありのSBD は、ショッ
トキ電極の下に１個のマイクロパイプを有していた。従
来の製造方法によるマイクロパイプありのSBD では、１
個のマイクロパイプがあっても、耐圧がほとんどなかっ
たのに対し、本実施例１のSBD の耐圧は、６００V 以上
であり、マイクロパイプが無しのSBD とほぼ同程度の特
性を示すことがわかる。
【００１７】すなわち、上のイオン注入領域18の形成工
程で、イオン注入した領域の結晶性は一旦非晶質状態に
なるが、その後の熱処理により結晶性が回復して、他の
領域とほとんど変わらないショットキー接合が形成され
たと考えられる。すなわち、マイクロパイプ17が不活性
化されたことになることから、マイクロパイプ不活性化
処理と名付けた。このマイクロパイプ不活性化処理は、
ほう素をイオン注入するので、ガードリング16の形成を
兼ねることができた。
【００１８】尚、イオン注入種はアルミニウムを用いて
も同様の結果が得られた。また、ｐ型のエピタキシャル
ウェハの場合には、チッ素またはリンをイオン注入する
ことにより同様の結果を得ることができる。 ［実施例２］図３は本発明実施例２のSiCSBDの断面図で
ある。
【００１９】実施例１と同種の、4H型のSiC 基板21上に
ｎ- エビタキシャル層22を成長したエビタキシャルウェ
ハを使用して、３mm角、電極面積が３．１４mm2 のSBD
を製作した。23はｎ- エビタキシャル層22とショットキ
接合を形成するニッケル（Ni）のショットキー電極、24
はSiC 基板11の裏面に設けられたアルミニウム（Al）の
カソート電極、25は酸化膜、27はマイクロパイプ、26は
ほう素イオンの注入と熱処理で形成されたガードリング
である。
【００２０】実施例１と異なる点は、マイクロパイプ27
の表面を酸化膜25が覆っている点である。以下に製造方
法を説明する。まず実施例１と同様に、マイクロパイプ
のパターンをレーザ描画装置に記憶させて置く。ポジタ
イプのフォトレジストを使ったガードリング16のバター
ニングをした後、エビタキシャルウェハにほう素をイオ
ン注入し、１６００℃で活性化する。
【００２１】次に、１２００℃で厚さ５０nmの熟酸化膜
をエビタキシャルウェハ全面に形成した後、ネガタイプ
のフォトレジストを使ったフィールド酸化膜のバターニ
ングの際に、先のマイクロパイプの分布図を参照しなが
ら、マイクロパイプを中心にして直径１５μmの領域を
レーザ描画でバターニングする。バッファードフツ酸で
不要部分の熱酸化膜をエッチング除去した後、ショット
キ電極13としてNi、カソート電極14としてAlをスパッタ
蒸着し、チップ化した。
【００２２】図４（□印マイクロパイプ不活性化）は、
このようにして作製したSBD の逆方向電流電圧特性図で
ある。このSBD は、ショットキー電極13の下に２個のマ
イクロパイプを有していた。同図に比較例として、図２
と同様に従来の製造方法によるマイクロパイプのある部
分で作ったSBD （実線−マイクロパイプあり）と、マイ
クロパイプの無い部分で作ったSBD （破線−マイクロパ
イプ無し）との逆方向電流電圧特性を示した。マイクロ
パイプありのSBD は、ショットキ電極の下に１個のマイ
クロパイプを有していた。
【００２３】従来の製造方法によるマイクロパイプあり
のSBD では、１個のマイクロパイプがあっても、耐圧が
ほとんどなかったのに対し、本実施例２のSBD の耐圧
は、６００V 以上であり、マイクロパイプが無しのSBD
とほぼ同程度の特性を示すことがわかる。絶縁膜として
は上記の熱酸化による二酸化珪素膜の他に、たとえばCV
Dによる二酸化珪素膜，酸化窒化珪素膜などでも同様の
結果を得ることができた。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
イクロパイプ及びその周辺部をイオン注入もしくは絶縁
膜で不活性化することにより、マイクロパイプがない場
合とほとんと同程度の特性を示す炭化珪素ショットキー
ダイオードを得ることができた。
【００２５】また、本発明の製造方法によって基板上の
マイクロパイプの分布状態に依存することなく再現性良
く、大面積の炭化珪素ショットキーダイオードを作製す
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例１のSiCSBDの断面図
【図２】実施例１のSiCSBDおよび比較例の電流−電圧特
性図
【図３】本発明実施例２のSiCSBDの断面図
【図４】実施例２のSiCSBDおよび比較例の電流−電圧特
性図
【図５】使用したSiC エピタキシャルウェハのマイクロ
パイプ分布図
【符号の説明】
11、21 SiC 基板 12、22 ｎ- エビタキシャル層 13、23 ショットキー電極 14、24 アノード電極 15、25 二酸化珪素膜 16、26 ガードリング 17、27 マイクロパイプ 18 再結晶領域

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】炭化珪素半導体基板との界面に整流作用を
    有するショットキー電極と、基板裏面に設けられたオー
    ミック電極を有する炭化珪素半導体ショットキー素子に
    おいて、炭化珪素半導体基板に存在するマイクロパイプ
    の影響を抑制する不活性化手段を有することを特徴とす
    る炭化珪素半導体ショットキーダイオード。
  2. 【請求項２】マイクロパイプの表面近傍部分にイオン注
    入およびその後のアニールによる再結晶領域を有するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体ショッ
    トキーダイオード。
  3. 【請求項３】再結晶領域が表面層と逆導電型であること
    を特徴とする請求項２に記載の炭化珪素半導体ショット
    キーダイオード。
  4. 【請求項４】逆導電型のガートリングと同じ深さの逆導
    電型再結晶領域を有することを特徴とする請求項３に記
    載の炭化珪素半導体ショットキーダイオード。
  5. 【請求項５】マイクロパイプの表面露出部を絶縁膜で覆
    ったことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体
    ショットキーダイオード。
  6. 【請求項６】絶縁膜が二酸化珪素膜または酸化窒化珪素
    膜であることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半
    導体ショットキーダイオード。
  7. 【請求項７】炭化珪素半導体基板との界面に整流作用を
    有するショットキ電極と、基板裏面に設けられたオーミ
    ック電極を有する炭化珪素半導体ショットキーダイオー
    ドの製造方法において、炭化珪素半導体基板に存在する
    マイクロパイプの分布を可視化してそのパターンを記憶
    しておき、そのパターンを基にして半導体基板上に形成
    したマスクをパターニングし、マイクロパイプとその近
    傍に半導体基板と逆導電型のイオンを注入し、高温熱処
    理をおこなった後、ショットキー電極、基板電極を形成
    することを特徴とする炭化珪素半導体ショットキーダイ
    オードの製造方法。
  8. 【請求項８】炭化珪素半導体基板との界面に整流作用を
    有するショットキー電極と、基板裏面に設けられたオー
    ミック電極を有する炭化珪素半導体ショットキーダイオ
    ードの製造方法において、炭化珪素半導体基板に存在す
    るマイクロパイプの分布を可視化してそのパターンを記
    憶しておき、炭化珪素半導体基板を絶縁膜で覆い、前記
    のマイクロパイプの分布パターンを基にしてその絶縁膜
    をパターニングして、マイクロパイプの表面露出部とそ
    の近傍を絶縁膜で覆った後、ショットキー電極、基板電
    極を形成することを特徴とする炭化珪素半導体ショット
    キーダイオードの製造方法。
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